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Die Erfindung bezieht sich auf einen Asymmetrieschutz für parallele Leitungen, insbesondere Kabel, welche ohne Zwischenschaltung von Leistungsschaltern von einer Schiene zu einer andern führen, wobei zur Feststellung von Fehlern in den Leitungen Stromwandlerschaltungen, mit vorzugsweise Kabelaufsteck-oder Ringstromwandlern, für Stromsummenbildung Anwendung finden.
Bei Parallelschaltung von mehreren Leitungen, insbesondere Kabeln, welche im Normalbetrieb einen festen Anteil der Stromführung, wie beispielsweise von einem Generator zu einem Blocktransformator, übernehmen müssen, kann es vorkommen, dass z. B. infolge zu hoher übergangswiderstände an Einzelleitern, Alterung, mangelhaften Anschluss, Ader- bzw. Kabelunterbrechungen, diese schadhaften Kabel weniger bis keinen Strom führen und bei äusserlichem Normalbetrieb, die gesunden Kabelstränge überlastet werden. An zentralen Messstellen kann keine überlastung festgestellt werden. Als Folge solcher Fehler verkürzt sich die Lebensdauer der Kabel, gesunde Kabel können beschädigt werden und der Gesamtbetrieb beeinträchtigt werden.
An und für sich ist die Strom-Summenbildung mittels Stromwandler, Kabelaufsteck- oder Ringstromwandler, für Fehlerermittlungen allgemein bekannt. Auf dieser Basis sind auch für parallel verlegte und parallelgeschaltete Leitungssysteme, insbesondere für Kabelleitungen, diverse Schutzschaltungen aus Patentschriften bekanntgeworden. Es ist auch bekannt, durch Quervergleichsschaltungen über Summen- oder Differenzbildung der Sekundärströme von Stromwandlern in den einzelnen Leitungen, die Ströme paralleler Leitungssysteme zu überwachen, um damit Störungen zu erfassen. Zu diesen Schaltungen gehören die "Achterschaltung", die"Polygonschaltung"und der"Querdifferentialschutz", welche im Buche "Fehler und Fehlerschutz"von Dr. Ing. Hans Titze (Springer Verlag, 1953, II. Band) beschrieben sind.
Bei all den bisher bekannten Schutzschaltungen wird jeweils jedes Kabel bzw. jede mehrpolige Leitung für sich oder jede Phase eines Systems gegenüber der gleichen Phase des andern Systems überwacht. Trotz des relativ grossen Aufwandes an Stromwandlern und überwachungsgeräten werden nicht alle vorkommenden Störungen erfasst.
Aufgabe der Erfindung ist es, Unsymmetrien und Fehler in zwei und mehrpoligen parallelen Leitungssystemen dadurch zu erfassen, dass für jede parallele Leitung ein Stromwandler für vektorielle Stromsummenbildung vorgesehen ist, wobei zumindest bei einer Leitung einer Phase der Leitung durch die analoge Phase einer Parallelleitung ersetzt und durch den Wandler geführt ist. Bei Auftreten von Belastungsunsymmetrien treten an den Sekundärklemmen der Wandler Ströme auf, die in an sich bekannter Weise, beispielsweise über Stromrelais, zur Auslösung von Meldungen und bzw. oder Schaltvorgängen benutzt werden können.
Die Erfassung der Unsymmetrien und Fehler in parallelen Leitungen kann auch dadurch erfolgen, dass in jedem Leitungszug ein Stromwandler für vektorielle Stromsummenbildung angeordnet ist, wobei zumindest bei einem Wandler zu den Leitungsphasen eine Phase einer Parallelleitung hinzugefügt wird. Diese Art der Fehlerfeststellung wird üblicherweise bei parallelen Leitungen mit verschiedenen Aderquerschnitten und bzw. oder verschiedenen Leitungslängen angewandt. Der Strom an den Sekundärklemmen der Summenstromwandler ist dann im Normalbetrieb nicht Null, sondern steht in einem festen Verhältnis Leitungsquerschnitt und Leitungslänge. Die Sekundärströme der Wandler werden in an sich bekannter Weise miteinander verglichen und im Falle von Abweichungen zur Auslösung von Meldungen und bzw. oder Abschaltvorgängen benutzt.
Der besondere Vorteil des vorliegenden Vorschlages liegt darin, dass lediglich nur an einer Stelle, meist an der Abgangsstelle der Leitungen, die überwachungseinrichtungen für parallele Leitungen angeordnet werden müssen und keinerlei Hilfsleitungen zwischen den Leitungsenden erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist auch darin zu erblicken, dass bereits frühzeitig auch kleinere Unregelmässigkeiten, z. B. Verschlechterung der Stromführung in einer einzelnen Leitung, in der Anlage erkannt werden können, bevor noch grössere Schäden auftreten.
In beiden vorgenannten Fällen kann zur vektoriellen Stromsummenbildung auch eine Stromwandlergruppe, bestehend aus Einzelstromwandler, verwendet werden, welche in an sich bekannter Weise sekundär verschaltet werden.
An Hand der Zeichnungen soll nun die Erfindung näher erläutert werden. Die einzelnen Zeichnungen stellen dar : Fig. 1 zwei zweipolige parallele Leitungen die mittels zweier Kabelaufsteck- bzw. Ringstromwandler überwacht werden ; Fig. 2 eine Überwachungsanordnung für zwei zweipolige parallele Leitungen mit drei Summenstromwandler ; Fig. 3 ebenfalls drei zweipolige parallele Leitungen mit drei Summenstromwandler ; Fig. 3 ebenfalls drei zweipolige parallele Leitungen, welche mittels dreier Ringstromwandler überwacht werden, wobei allen Wandlern eine Phasenleitung gemeinsam zugeordnet ist ; Fig. 4 eine Überwachungseinrichtung für zwei zweipolige parallele Leitungen unter Verwendung eines Ringstromwandlers und eines normalen Stromwandlers :
Fig. 5 zwei dreipolige parallele Leitungen, die mit zwei Ringstromwandlern überwacht werden mit einem gemeinsamen Phasenleiter und Fig. 6 eine Anordnung mit drei dreipoligen parallelen Leitungen, welche mittels dreier Ringstromwandler überwacht werden, wobei allen drei Wandlern eine Phasenleitung gemeinsam ist.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemässe Asymmetrieschutz für zwei zweipolige parallele Leitungen--1 und II--, welcher mittels zweier Ringstromwandler --W 1 und W--erreicht wird, dargestellt, wobei angenommen ist, dass die Längen und Querschnitte der Leitungen gleich sind. Die im Betrachtungsmoment vorhandenen Stromrichtungen in den einzelnen Leitern--l, 2,3 und 4-sind durch Richtungspfeile angedeutet. Im
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Normalbetrieb ist der Stromfluss dem Betrag nach in allen gleich ; es fliesst daher in den Sekundärwicklungen der Ringstromwandler --W1 und W--kein Strom, da sich die Wirkungen der Primärströme im Wandler aufheben.
Es können folgende Unsymmetrien auftreten :
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<tb>
<tb> a) <SEP> Der <SEP> Leitungsstrang <SEP> --1-1-- <SEP> führt <SEP> weniger <SEP> Strom <SEP> oder <SEP> ist <SEP> unterbrochen. <SEP> Im <SEP> Ringstromwandler
<tb> - <SEP> -W1 <SEP> -- <SEP> fliesst <SEP> ein, <SEP> der <SEP> primären <SEP> Stromdifferenz <SEP> der <SEP> Leitungen-1-1 <SEP> und <SEP> 2-2--entsprechender
<tb> Sekundärstrom. <SEP> Durch <SEP> den <SEP> teilweisen <SEP> oder <SEP> auch <SEP> gänzlichen <SEP> Ausfall <SEP> der <SEP> Leitungsstranges
<tb> übernimmt <SEP> der <SEP> Leitungsstrang <SEP> --3-3-- <SEP> eine <SEP> erhöhte <SEP> Stromlieferung, <SEP> so <SEP> dass <SEP> auch <SEP> eine <SEP> überlastung
<tb> dieser <SEP> Leitung <SEP> eintreten <SEP> kann.
<SEP> Es <SEP> ergibt <SEP> sich <SEP> daher <SEP> auch <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> Strömen <SEP> im <SEP> Leitungsstrang
<tb> --2-2-- <SEP> und <SEP> dem <SEP> Leitungsstrang <SEP> --3-3-- <SEP> eine <SEP> Differenz, <SEP> die <SEP> einen <SEP> Sekundärstrom <SEP> im
<tb> Ringstromwandler--W--zur <SEP> Folge <SEP> hat. <SEP> Die <SEP> Sekundärströme <SEP> der <SEP> Stromwandler <SEP> könnten <SEP> in
<tb> bekannter <SEP> Weise <SEP> für <SEP> Mess-, <SEP> Melde- <SEP> und <SEP> Schaltzwecke <SEP> verwendet <SEP> werden.
<tb> b) <SEP> Der <SEP> Leitungsstrang <SEP> --2-2-- <SEP> führt <SEP> weniger <SEP> Strom <SEP> oder <SEP> ist <SEP> unterbrochen.
<SEP> Da <SEP> dieser <SEP> Leitungsstrang
<tb> über <SEP> beide <SEP> Ringstromwandler <SEP> --W1 <SEP> und <SEP> W2 <SEP> -- <SEP> läuft, <SEP> werden <SEP> in <SEP> beiden <SEP> Wandlern, <SEP> hervorgerufen
<tb> durch <SEP> die <SEP> Ströme <SEP> in <SEP> den <SEP> Leitungen--1-1 <SEP> und <SEP> 3-3--, <SEP> Sekundärströme <SEP> auftreten, <SEP> welche <SEP> in <SEP> der
<tb> üblichen <SEP> Art <SEP> für <SEP> Meldezwecke <SEP> verwendet <SEP> werden <SEP> können.
<tb> c) <SEP> Die <SEP> Leitungsstränge--1-1 <SEP> und <SEP> 2-2-vermindernd <SEP> stromführend <SEP> bzw. <SEP> unterbrochen. <SEP> Der
<tb> Ringstromwandler <SEP> --W1-- <SEP> weist <SEP> die <SEP> Stromsumme <SEP> Null <SEP> auf <SEP> und <SEP> hat <SEP> daher <SEP> keinen <SEP> Sekundärstrom.
<tb>
Im <SEP> Ringstromwandler--W--tritt <SEP> eine <SEP> primäre <SEP> Stromdifferenz <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> Leitern--2 <SEP> und
<tb> 3--auf, <SEP> wodurch <SEP> für <SEP> Meldezwecke <SEP> ein <SEP> Sekundärstrom <SEP> zur <SEP> Verfügung <SEP> steht.
<tb> d) <SEP> Der <SEP> Leitungsstrang <SEP> --3-3-- <SEP> führt <SEP> weniger <SEP> Strom <SEP> oder <SEP> ist <SEP> unterbrochen. <SEP> Es <SEP> tritt <SEP> eine
<tb> Stromdifferenz <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> Leitungen--3 <SEP> und <SEP> 2--im <SEP> im <SEP> Ringstromwandler--W--und
<tb> damit <SEP> ein <SEP> Sekundärstrom <SEP> für <SEP> Meldezwecke <SEP> auf <SEP> ;
<SEP> ausserdem <SEP> wird <SEP> die <SEP> Leitung <SEP> durch <SEP> den
<tb> Ausfall <SEP> der <SEP> Leitung <SEP> --3-3-- <SEP> höher <SEP> belastet, <SEP> so <SEP> dass <SEP> sich <SEP> auch <SEP> im <SEP> Ringstromwandler <SEP> --W1-- <SEP> eine <SEP>
<tb> primäre <SEP> Stromdifferenz <SEP> und <SEP> damit <SEP> ein <SEP> Sekundärstrom <SEP> für <SEP> Meldezwecke <SEP> ergibt.
<tb> e) <SEP> Der <SEP> Leitungsstrang <SEP> --4-4-- <SEP> führt <SEP> weniger <SEP> Strom <SEP> oder <SEP> ist <SEP> unterbrochen.
<SEP> In <SEP> diesem <SEP> Fall <SEP> wird <SEP> die
<tb> Leitung--2-2--, <SEP> die <SEP> über <SEP> beide <SEP> Ringstromwandler <SEP> --W <SEP> 1 <SEP> und <SEP> W2-- <SEP> führt, <SEP> höher <SEP> belastet,
<tb> wodurch <SEP> aus <SEP> primären <SEP> Stromdifferenzen <SEP> Sekundärströme <SEP> für <SEP> Mess-, <SEP> Melde- <SEP> und <SEP> Schaltzwecke <SEP>
<tb> resultieren.
<tb> f) <SEP> Die <SEP> Leitung-II-mit <SEP> den <SEP> Einzelleitungen-3-3 <SEP> und <SEP> 4-4-führt <SEP> weniger <SEP> Strom <SEP> oder <SEP> ist
<tb> unterbrochen. <SEP> Dadurch <SEP> tritt <SEP> im <SEP> Ringstromwandler--W--eine <SEP> primäre <SEP> Stromdifferenz <SEP> ein,
<tb> welche <SEP> einen <SEP> Sekundärstrom <SEP> für <SEP> Meldezwecke <SEP> ergibt.
<tb>
Aus den vorgemachten Ausführungen kann entnommen werden, dass alle Störungsfälle mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung für den Asymmetrieschutz von zwei zweipoligen, parallelen Leitungen erfasst werden können.
In Fig. 2 ist die Anordnung der Ringstromwandler--W3, W4 und W5-- für den Asymmetrieschutz von drei zweipoligen Leitungen--I, II und III--dargestellt. Auch hier sind gleiche Querschnitte und Längen der einzelnen Leiter--5 bis 10--angenommen. Wenn hier die gleichen Überlegungen wie für die einzelnen Leiter - l bis 4-- der Fig. 1 angestellt werden, ergibt sich, dass auch in diesem Fall sämtliche Störungen, wie verringerte Stromführung der Leiter untereinander oder Leitungsunterbrechungen, eindeutig erfasst werden können. Die durch primäre Differenzströme in den Stromwandlern hervorgerufenen Sekundärströme können in
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zweipoligen, parallelen Leitungen-I, II und III-ist in Fig. 3 angegeben.
Obwohl hier beispielsweise die Einzelleitungen--13-13 und 15-15--nicht direkt über Wandler geführt sind, ist die Erfassung sämtlicher Störungen - wie geringere Stromführung oder Leitungsunterbruch-gewährleistet, da bei Ausfall einer der angeführten Leitungen im Leitungsstrang --11-11-- eine Stromveränderung eintritt, die zu primären Differenzströmen und damit Sekundärströmen in den Ringstromwandlern führt.
Aus den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Wandleranordnungen für den Asymmetrieschutz von parallelen zweipoligen Leitungen, kann auf weitere Leitungen, die in diesen Schutz einbezogen werden sollen, geschlossen werden.
Für den Asymmetrieschutz von zwei zweipoligen parallelen Leitungen--I und II--ist eine weitere Anordnung der Ringstromwandler--W und Wio--sowie die Leitungsführung der Einzelleiter in Fig. 4 dargestellt. Für diesen Fall ist angenommen, dass entweder die Querschnitte un d/oder die Längen, oder beides, der Leitungen verschieden sind. Während im Ringstromwandler --W9-- die Leitung --I-- und ein Leitungsstrang--19-19--der Leitung--II--zu einer Stromsumme, die nicht Null ist, zusammengefasst sind, wird der zweite Leitungsstrang --20-20-- der Leitung --II-- mit einem eigenen Stromwandler --W10-- überwacht. Die Ströme in den beiden Leitungen stehen im ungestörten Betrieb entsprechend den Leitungsquerschnitten und/oder den Leitungslängen in einem festen Verhältnis zueinander.
Tritt eine Verhältnisänderung ein, welche mit den beiden Stromwandlern --W9 und W1 ()--festgestellt werden kann, so deutet dies auf Schäden in den Leitungen hin und kann dieses Kriterium für die Auslösung von Melde- und Schaltvorgängen angewandt werden.
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Die Anordnung der Ringstromwandler für den Asymmetrieschutz bei dreipoligen parallelen Verbindungsleitungen ist in den Fig. 5 und 6 als Beispiel dargestellt. Für die Beispiele nach Fig. 5 und 6 sind gleiche Leiterquerschnitte und gleiche Leitungslängen angenommen. Bei dieser Anordnung werden jeweils zwei Einzelleitungen über einen Wandler geführt und die ergänzende Leitung von der parallelen Verbindungsleitung, z. B. Leitung-23-23-über Wandler-12-bzw. Leitung-29-29-über die Wandler --W14 und Weg-. Die Leitung-26-26- (Fig. 5) bzw. die Leitungen-32-32 und 35-35-- (Fig. 6) werden nicht über die Wandler geführt.
Tritt auf den letztgenannten Leitungen ein Schaden auf, beispielsweise eine Leitungsunterbrechung, so steigt der Strom in den Teilleitungen-23-23 bzw. 29-29-an und es ergeben sich in den an diesen Leitungen anliegenden Wandlern durch Differenzen der Primärströme Sekundärströme, die in bekannter Weise für Melde- und Schaltzwecke verwendet werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Asymmetrieschutz für parallele Leitungen, insbesondere Kabel, welche ohne Zwischenschaltung von Leistungsschaltern von einer Schiene zu einer andern führen, wobei zur Feststellung von Fehlern in den Leitungen Stromwandlerschaltungen, vorzugsweise mit Kabelaufsteck- oder Ringstromwandlern, für
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(4 in Fig. 1 bzw. 26 in Fig. 5) der Leitung (II in Fig. 1 bzw. Fig. 5) durch die analoge Phase (2 in Fig. l, 23 in Fig. 5) einer Parallelleitung (I in Fig. l bzw. 5) ersetzt und durch den Wandler (W2 bzw. Wn) geführt ist.
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